Od svoje izvorne laboratorijske primjene do današnjih raznolikih područja medicine, komunikacija, proizvodnje, vojnih i znanstvenih istraživanja, laseri su postali sastavni dio moderne tehnologije i znanosti. Porijeklo lasera može se pratiti do sredine-20. stoljeća, uglavnom potaknuto teoretskim radom Arthura Schawlowa i Charlesa Townesa, zajedno s eksperimentalnim radom Dextera R. Hanscha (Theodore Maiman). Slijedi detaljniji prikaz procesa nastanka lasera:
- Postavljanje teorijskih temelja: Početkom 20. stoljeća Albert Einstein je predložio fotonsku teoriju prema kojoj svjetlost postoji u obliku diskretnih čestica (fotona). Ova je teorija postavila temelje kvantne optike, koja je kasnije pružila važnu potporu teoretskoj osnovi lasera.
- Teorija pobuđenog zračenja: Godine 1951. Charles Towns i Arthur Lambert neovisno su predložili teoriju pobuđenog zračenja, koja je otkrila da kada su atomi ili molekule u pobuđenom stanju, mogu biti pobuđeni fotonom iz atoma koji je već bio pobuđen , stvarajući tako fotone s istom frekvencijom i fazom kao pobuđeni foton. Teorijska osnova ovog procesa postala je srž rada lasera.
- Teorijska formulacija lasera: Teorijski rad Townsa i Lamberta pokrenuo je proučavanje kako ostvariti pobuđeno zračenje i razvili su koncept pojačanja svjetlosti pomoću pobuđenog zračenja. Njihova ključna ideja bila je postupno povećavati broj fotona reflektirajući ih naprijed-natrag u optičkoj šupljini s visokom refleksijom, na kraju formirajući visoko fokusiranu zraku svjetlosti, laser.
- Eksperimentalna verifikacija lasera 1: Godine 1958. američki fizičar Dexter R. Hansch uspio je izgraditi prvi laser koji radi. Za postizanje pobuđenog zračenja koristio je sintetski ekscitacijski medij, obično mješavinu dušika i neona. Ovaj je laser proizvodio kontrolirani, visoko fokusirani snop svjetlosti, što je označilo službeno rođenje laserske tehnologije.
Prošle su 63 godine od srpnja 1960, kada je Meyman u Hughes Research Laboratories u Sjedinjenim Državama uspješno izradio prvi operabilni rubinski laser na svijetu s valnom duljinom od 0,6943 mikrona. Niz karakteristika kao što je visok stupanj fokusiranja lasera, dobra monokromatičnost, visoka gustoća energije, širenje na velike udaljenosti, beskontaktnost i tako dalje čine ga širokom uporabom. Laser se često naziva "zvijezdom sutrašnjice 21. stoljeća", "jednom od važnih tehnologija 21. stoljeća", "najpreciznijim ravnalom, najbržim nožem". Ovakav naziv također odražava značajnu poziciju i široku primjenu laserske tehnologije u suvremenom društvu te znanosti i tehnologiji. Laserska tehnologija igra ključnu ulogu u mnogim područjima kao što su komunikacija, liječenje, proizvodnja, znanstveno istraživanje, vojska, nadzor okoliša itd., te se stoga smatra jednom od najperspektivnijih i najutjecajnijih tehnologija u 21. stoljeću. Osobito u fotonaponskoj industriji, laserska tehnologija donosi niz inovacija koje proizvodnju solarnih ćelija čine učinkovitijom, pouzdanijom i ekološki prihvatljivijom.
Danas se pozabavimo potpuno novim primjenama lasera u fotonaponskoj industriji.
Lasersko rezanje: Laserski pisači
Lasersko rezanje iznimno je precizan proces kojim se pločice silicijskih solarnih ćelija režu na željenu veličinu. Njegov glavni princip je da se fokusirana laserska zraka usmjerava na površinu materijala koji se reže. Energiju fotona apsorbira materijal, što rezultira lokaliziranim zagrijavanjem materijala. Kada je energija laserske zrake dovoljno visoka, ona može zagrijati površinu materijala na temperaturu dovoljnu da započne taljenje ili isparavanje. U slučaju metalnih materijala to je obično taljenje, dok je u slučaju nemetalnih materijala, kao što su plastika ili drvo, to obično isparavanje. Pločice solarnih ćelija obično su velike silikonske pločice, a lasersko rezanje omogućuje njihovo rezanje na manje ćelije s visokom preciznošću kako bi se ispunili zahtjevi veličine solarnih ploča. Ovo ne samo da poboljšava produktivnost i kvalitetu ćelija, već također uvelike smanjuje materijalni otpad i troškove proizvodnje. Visok stupanj fokusiranja i preciznost kontrole laserske zrake čini proces rezanja delikatnijim i proizvodi gotovo nultu količinu otpada. Osim toga, lasersko rezanje također ima različitu primjenjivost materijala, ne samo za silicijske pločice solarnih ćelija, već se može koristiti i za druge vrste solarnih ćelija, kao što su tankoslojne solarne ćelije, kao i rezanje drugih materijala, tako da ima visok stupanj fleksibilnosti. Prednost korištenja ploča solarnih ćelija za lasersko rezanje je korištenje beskontaktne obrade, bez stresa, tako da je oštrica ravna, neće oštetiti strukturu pločice, električni parametri su bolji od tradicionalne mehaničke metode rezanja, oboje za poboljšanje prinosa i smanjenje troškova, širina proreza je mala, visoka preciznost, snaga lasera se može prilagoditi, možete kontrolirati debljinu reza, kako biste ostvarili stanjivanje solarnih ćelija. Tehnologija laserskog rezanja može se primijeniti na listove baterija velike površine za crtanje i rezanje, precizno kontrolirajući točnost rezanja i debljinu, dodatno smanjujući ostatke rezanja i poboljšavajući iskorištenost baterije. Osim primjene rezanja na limu baterije, na fotonaponskom staklu također se može pisati, princip je isti.
Lasersko dopiranje: oprema za lasersko dopiranje
Lasersko dopiranje je tehnika obrade materijala koja se obično primjenjuje na poluvodičke materijale, posebno silicij, kako bi se promijenila njihova električna svojstva. Princip tehnike je korištenje lasera velike snage za ozračivanje površine poluvodiča i uvođenje vanjskog materijala za dopiranje (obično bora ili fosfora) u rešetku poluvodiča. Ovaj proces uključuje energiju lasera koja zagrijava poluvodički materijal na dovoljno visoku temperaturu da dopantni materijal može prodrijeti kroz rešetku i istisnuti određene atome poluvodičkog materijala, čime se mijenjaju vodljiva svojstva materijala. Energija lasera koristi se za pokretanje atoma bora da difundiraju unutar silicijske pločice kako bi se postigla SE struktura selektivnog emitera. Snažnim dopiranjem linije metalne rešetke u kontaktnom području sa silicijskom pločicom i održavanjem laganog dopinga u drugim područjima na prednjoj strani, ne samo da se može formirati dobar omski kontakt između elektrode i emitera, već se također može smanjiti stvaranje kompleksa oligona. na površini emitera (tehnološki put TOPCon), čime se može postići veća struja kratkog spoja, napon otvorenog kruga i faktor punjenja te poboljšati učinkovitost fotoelektrične pretvorbe solarne ćelije. Njegove prednosti leže u 1, visokoj preciznosti: lasersko dopiranje može postići vrlo visoku točnost dopiranja i prostornu rezoluciju, omogućujući preciznu kontrolu procesa dopiranja. 2, beskontaktno: beskontaktne metode obrade ne uvode mehanička oštećenja ili kontaminaciju nečistoćama, posebno pogodan za proizvodnju visokoučinkovitih poluvodičkih uređaja.3, brza obrada: lasersko dopiranje je proces velike brzine, koji omogućuje obradu velike količine materijala u kratkom vremenskom razdoblju.4, Široka primjenjivost: Ova tehnologija je primjenjivo na različite vrste poluvodičkih materijala, uključujući silicij, galij galij arsenid, indij arsenid, itd. U fotonaponskoj industriji tehnologija laserskog dopiranja obično se koristi u proizvodnji solarnih ćelija za poboljšanje performansi ćelija. Neke vodeće fotonaponske tvrtke i dobavljači tehnologije u razvoju i primjeni tehnologije laserskog dopinga.
Inozemne tvrtke uključuju: Applied Materials, Amtech Systems itd.
Domaće tvrtke uključuju: Dier, Dazhou, Shengxiong itd.
Što se tiče modifikacije materijala, uz lasersko dopiranje, postoji laserski inducirana tehnologija popravka, laserski inducirana tehnologija žarenja, laserski inducirana tehnologija sinteriranja nova je tehnologija koju je izdao Dier Laser Technology 14. kolovoza 20 23, što može dobiti 0,2 posto učinkovitosti baterije.
Laserski transfer ispis
Laser Pattern Transfer Printing (PTP) nova je vrsta tehnologije beskontaktnog ispisa, princip ove tehnologije je nanošenje potrebne paste na određeni fleksibilni materijal proziran za svjetlo, korištenjem laserske zrake velike snage s grafikom velike brzine skeniranjem, pasta se prenosi s savitljivog materijala prozirnog na svjetlo na površinu baterije kako bi se oblikovala linija mreže. Kroz tehnologiju beskontaktnog laserskog ispisa (PTP) za poboljšanje visokoučinkovitog procesa ispisa fine mreže na solarnim ćelijama, može probiti tradicionalno ograničenje širine linije sitotiska, lako ostvariti širinu linije od 25 um ili manje, u ćelijskim pločicama otisnutim na veći omjer stranica ultra-finih mrežnih linija, kako bi se pomoglo bateriji da postigne ultra-fine mrežne ćelije, usklađena tehnologija selektivnog emitera, kako bi se povećala učinkovitost solarne ćelije u isto vrijeme, znatna ušteda potrošnje paste 20 posto ili više , te u konačnici smanjiti troškove proizvodnje baterija i proizvodnje električne energije. Princip tehnologije laserskog prijenosa temelji se na visokoj gustoći energije i preciznoj kontroli lasera. Njegovi glavni koraci uključuju: 1, pripremu donjeg sloja: u procesu proizvodnje solarnih ćelija, donji sloj je obično prozirni vodljivi sloj, koji se koristi za prikupljanje sunčeve energije i prijenos električne struje. 2, lasersko zračenje: korištenje zračenja laserske zrake na donjem sloju, za pomicanje laserskog fokusa na precizno kontroliran način. Visoka energetska gustoća lasera selektivno sinterira ili grebe donji sloj kako bi se formirao specifičan uzorak za stanicu.3. Slaganje slojeva: Različiti slojevi stanica, kao što su aktivni sloj i elektrode, mogu se laserskim prijenosom složiti na sloj ispod sloja sloj po sloj.4. Kalupljenje i inkapsulacija: Konačno, ćelijski modul se obrađuje kroz korake kalupljenja i kapsuliranja kako bi se formirala konačna solarna ćelija. Njegove prednosti su: 1, visoka preciznost: tehnologija laserskog prijenosa može postići vrlo visoku preciznost i rezoluciju, pomažući u proizvodnji visokoučinkovitih solarnih ćelija, vrlo konzistentan ispis, izvrsna ujednačenost, pogreška u 2 um, također je primjenjiva niskotemperaturna srebrna pasta (HJT) . 2, beskontaktno: ovo je beskontaktna metoda obrade, neće oštetiti ili kontaminirati komponente baterije, kako bi se poboljšala kvaliteta ćelije, a budući proces tankog filma sigurno je oštar. 3, brza proizvodnja: laserski prijenosni ispis je metoda obrade velike brzine, može poboljšati učinkovitost proizvodnje solarnih ćelija. 4, prilagodljivost više materijala: ova se tehnologija može primijeniti na niz različitih vrsta materijala za baterije, uključujući organske materijale, silikonske materijale, itd. 5, kontrola troškova: u usporedbi sa sitotiskom, laserski transferni ispis mreže je finiji , može se obaviti ispod 18um Ušteda paste od 30 posto, TOPCON-ova dvostrana srebrna pasta, HJT niskotemperaturna srebrna pasta bit će zahvaljujući tehnologiji laserskog prijenosa za smanjenje potrošnje velikog broja srebrne paste postala je jedna od važnih tehnologija za smanjenje troškova i povećanje učinkovitosti.
Laserska perforacija
Načelo laserske perforacije je korištenje visoke gustoće energije laserske zrake za zagrijavanje lokalnog područja materijala na dovoljno visoku temperaturu da ispari, otopi ili ispari materijal kako bi se stvorile rupe. Ključ laserske perforacije je kontrola gustoće energije lasera, vremena ekspozicije i položaja fokusa kako bi se osiguralo da je materijal precizno obrađen u željenu rupu. Ova preciznost i visoka gustoća energije čine lasersko bušenje idealnim za mnoge industrijske primjene, uključujući proizvodnju solarnih ćelija u fotonaponskoj industriji. Različiti tipovi lasera (npr. CO2 laseri, Nd:YAG laseri, femtosekundni laseri itd.) mogu se koristiti za različite vrste materijala i primjene, stoga je potrebno odabrati odgovarajući laserski sustav za specifičnu potrebu. Laserska perforacija ima širok raspon primjena u fotonaponskoj industriji, posebice u procesu proizvodnje solarnih ćelija. Slijede neke od glavnih primjena laserske perforacije u fotonaponskoj industriji:
- Obrada ćelija: Laserska perforacija se obično koristi u obradi solarnih ćelija. Ove male rupice mogu se koristiti za poboljšanje učinkovitosti apsorpcije svjetlosti ćelije i smanjenje gubitaka refleksije, čime se povećava učinkovitost fotoelektrične pretvorbe (učinak zarobljene svjetlosti). Laserska perforacija omogućuje preciznu i učinkovitu obradu silicijskih pločica, polisilicijskih pločica i drugih materijala solarnih ćelija.
- Povezivanje ćelija i modula: U procesu sastavljanja solarnih ćelija, žice su potrebne za međusobno povezivanje ćelija. Laserska perforacija može se koristiti za stvaranje rupa za spajanje žica između ćelija kako bi se osigurao glatki prijenos struje između ćelija i smanjio gubitak energije. Laserska perforacija također se koristi za izradu rupa i spojnih točaka za nosače, okvire i druge komponente u procesu proizvodnje solarnih modula.
- Stražnja ploča od fotonaponskog stakla: budući da konvencionalni fotonaponski moduli koriste samo fotonaponsko staklo za pokrovnu ploču, dok moduli s dvostrukim staklom koriste fotonaponsko staklo i za pokrovnu ploču i za stražnju ploču, a fotonaponsko staklo stražnje ploče mora biti probušeno na određenom mjestu kako bi za dovođenje strujnih vodova od fotonaponskog modula do razvodne kutije. Stoga je perforacija stražnjih slojeva PV stakla postala bitan proces u proizvodnji i daljnjoj obradi.
Općenito, laserska perforacija naširoko se koristi u fotonaponskoj industriji za poboljšanje učinkovitosti solarnih ćelija, smanjenje troškova proizvodnje i poboljšanje kvalitete proizvoda. Ove aplikacije pomažu u promicanju razvoja tehnologije solarne energije i promiču korištenje obnovljive energije. Treba napomenuti da specifične primjene mogu varirati ovisno o procesu proizvodnje i materijalu, tako da se stvarna primjena mora temeljiti na potrebi odabira odgovarajuće laserske tehnologije i parametara.
Gore su samo neke od primjena laserskih procesa u fotonaponskoj industriji, što naravno također uključuje lasersko prorezivanje (XBC), lasersku ablaciju (PERC) i tako dalje.
Buduci izgledi:
Kako laserska tehnologija napreduje, možemo predvidjeti više inovacija koje će dodatno unaprijediti PV industriju. Vjerojatno će se u budućnosti pojaviti učinkovitiji PV materijali, pametniji proizvodni procesi i više aplikacija koje koriste PV energiju. Nove primjene laserske tehnologije u PV industriji ne samo da su povećale produktivnost, već i poboljšale performanse i održivost modula. Stalne inovacije u ovoj tehnologiji nastavit će poticati razvoj solarnih ćelija i doprinijeti budućnosti čiste energije. Dodatno u fotonaponskoj proizvodnji, laserska tehnologija ne samo da poboljšava produktivnost, već također smanjuje stvaranje otpada, što pomaže smanjiti opterećenje okoliša. Osim toga, tehnologija laserskog čišćenja ne zahtijeva kemikalije, čime se štedi energija i resursi. Čista tehnologija za čistu industriju - prekrasno.
Konačno, dubina laserske tehnologije temelji se na razumijevanju. O čudima laserske tehnologije ne može se dovoljno napisati.
